CN113257453A - 一种含磷有机载体perc太阳能正面银浆及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PERC太阳能生产领域。一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆，其组成为5wt%‑16.5wt%含磷有机载体、0.5wt%‑3wt%玻璃粉以及83wt%‑92wt%银粉；所述含磷有机载体组成为70wt%‑92wt%溶剂、3wt%‑10wt%增稠剂、1wt%‑5wt%触变剂和2wt%‑8wt%含磷高沸点有机物；所述银粉组成为50wt%‑80wt%微米级球状银粉、15wt%‑35wt%纳米球状银粉和2wt%‑10wt%纳米银线。本发明还涉及该含磷有机载体PERC太阳能正面银浆制备工艺。
Description
技术领域
本发明涉及PERC太阳能生产领域。
背景技术
太阳能光伏发电由于其环保和可再生的特点，已成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。但随着太阳能光伏行业技术的不断创新突破，太阳能光伏市场应用也开发出不同类型的电池技术。
晶硅太阳能电池作为开发最早的太阳能电池，其制备技术也最为成熟。在各种高性能电池技术中，PERC电池（Passivated Emitterand Rear Cell）在效率和成本上有较大的优势。而通过选择性发射极（Selective Emitter，SE）可进一步提高PERC太阳能电池光电转化效率。PERC+SE太阳能电池技术的主要特征在于在电栅线下方区域形成重掺杂，从而提高填充因子和降低欧姆接触。而在非栅线区域形成轻掺杂，以获得良好的表面钝化效果，从而提高电池光电转化效率。
目前，正面银浆主要采用含磷玻璃在电极下方通过磷扩散功能以实现SE选择发射极技术。但磷在高温下容易挥发，因此难以实现高效率掺杂。
现有技术CN201910043603.2公开了一种掺磷玻璃粉及制备方法和利用其制备太阳能电池用正银浆料的方法，该发明通过磷扩散的后掺杂磷源方法，实现磷源在低温下扩散到玻璃中，其效率高于先掺杂磷的玻璃。
但上述技术CN201910043603.2中的磷掺杂仅通过后掺杂磷添加固相无机盐，与制备好的玻璃粉通过行星球磨机或气流粉碎机粉碎，筛选出3μm-5μm掺磷玻璃粉。该方法制备步骤繁琐，且混合效果较差且银浆烧结温度较高。因此，采用上述玻璃粉制备而成的银浆经烧结后制成电池片的电性能效果并不能完全满足现有技术需求。而在本发明专利中，通过有机载体中添加高沸点含磷有机物作为磷源，有以下优点：1. 本发明采用高沸点含磷有机物，减少玻璃粉制备掺磷步骤的同时保持银浆高掺杂效率；2. 本发明通过将高沸点含磷有机物溶解于有机载体中，混合均一性高于比掺磷玻璃粉；3. 传统含磷玻璃粉制备的银浆烧结温度在800℃-850℃相比，而本发明技术使用通过有机载体添磷方式，烧结温度降低至780℃以下，可有效节约能耗。
发明内容
本发明的目的是要解决现有制备方法在掺磷时，采用掺磷玻璃粉制备步骤繁琐、掺磷不均匀以及掺磷效率低下从而导致晶硅太阳能电池光电转化效率低的问题，而提供一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆，其组成为5wt%-16.5wt%含磷有机载体、0.5wt%-3wt%玻璃粉以及83wt%-92wt%银粉；所述含磷有机载体组成为70wt%-92wt%溶剂、3wt%-10wt%增稠剂、1wt%-5wt%触变剂和2wt%-8wt%含磷高沸点有机物；所述玻璃粉组成为5wt%-30wt% PbO、10wt%-20wt% Bi2O3、8wt%-15wt% TeO2、5wt%-10wt% SiO2、1wt%-10wt% TiO2、1wt%-5wt% WO3、5wt%-12wt% Al2O3、2wt%-5wt% CeO2、1wt%-3wt% V2O5、1wt%-5wt% CaO、2wt%-10wt% MgO、1wt%-3wt% Na2O、1wt%-3wt% K2O、1wt%-5wt%Li2O；所述银粉组成为50wt%-80wt%微米级球状银粉、15wt%-35wt%纳米球状银粉和2wt%-10wt%纳米银线。
所述溶剂组成为，10wt%-20wt%松油醇、5wt%-15wt%松节油、8wt%-15wt%石油醚、10wt%-25wt%丁二酸二甲酯、10wt%-25wt%柠檬酸三丁酯、5wt%-15wt%邻苯二甲酸二甲酯、5wt%-10wt%邻苯二甲酸二丁酯、5wt%-25wt%丁基卡必醇、5wt%-30wt%丁基卡必醇醋酸酯、1wt%-5wt%醇酯十二、8wt%-15wt%硬脂酸；所述增稠剂组成为，30wt%-60wt%乙基纤维素、10wt%-20wt%聚异丁烯、10wt%-15wt%丁酸纤维素、3wt%-5wt%丙烯酸酯、5wt%-15wt%氨基树脂、10wt%-20wt%醇酸树脂、5wt%-20wt%聚丙二醇；所述触变剂组成为：10wt%-30wt%蓖麻油、10wt%-20wt%氢化蓖麻油、30wt%-60wt%聚酰胺蜡、5wt%-10wt%改性聚酰胺蜡、2wt%-5wt%气相二氧化硅、1wt%-3wt%硅酸钙；所述含磷高沸点有机物为氨基三亚甲基膦酸、1,1'-联萘-2,2'-双二苯膦、4,5-双(二环己基膦)-二苯并吡喃衍生物、二己烯三胺五甲叉膦酸、(R)-3,3'-双(3,5-双三氟甲氧基苯基)-1,1'-联-(2-萘酚)磷酸酯、(1S,2S)-(-)-1,2-二氨基环己烷-N,N'-双(2'-二苯基磷苯甲酰)、乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、有机磷化镁、有机磷化锂、二己烯三胺五甲叉膦酸、1,1,1-三(二苯基膦甲基)乙烷中的一种或者多种混合。
所述玻璃粉粒径分布为D100≤7μm，D50≤5μm，即玻璃粉最大粒径小于等于7μm，50%质量的玻璃粉粒径小于等于5μm。
微米级球状银粉平均粒径为1μm-3.5μm，D50≤3μm；纳米球状银粉平均粒径为200nm-400nm，D50≤350nm；纳米银线直径为20-100nm，长度为1-3μm。
一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆制备方法，按如下步骤进行
步骤一、含磷有机载体制备，取溶剂置于磁子搅拌器搅拌均匀，并于70℃-90℃保持50min-100min，随后取增稠剂缓慢加入并充分溶解，在恒温油浴锅内保持120min-300min，最后降温至45℃-65℃，添加触变剂和含磷高沸点有机物，搅拌混合均匀并保持15min-30min，最后冷却至室温，得到有机载体；
步骤二、玻璃粉制备，按配方称取玻璃粉各原料并置于玻璃熔化炉，调节炉温800℃-1200℃熔融100min-200min，将熔融玻璃进行水淬，再用行星球磨机球磨24h-48h，最后进行烘干和筛选，得到粒径3μm-5μm的玻璃粉；
步骤三、银粉制备，按配方选取不同种类银粉混合均匀；
步骤四、混合，将含磷有机载体、玻璃粉、银粉用行星搅拌机搅拌100-200min，待混合均匀后，在三辊研磨机研磨3-5次，经刮板细度计测试细度低于10μm即为合格含磷有机载体PERC太阳能正面银浆
与现有技术相比，本发明技术具有以下有益效果：
1. 本发明采用高沸点含磷有机物，减少玻璃粉制备掺磷步骤的同时保持银浆高掺杂效率；
2. 本发明通过将高沸点含磷有机物溶解于有机载体中，混合均一性高于比掺磷玻璃粉；
3. 传统含磷玻璃粉制备的银浆烧结温度在800℃-850℃相比，而本发明技术使用通过有机载体添磷方式，烧结温度降低至780℃以下，可有效节约能耗。
具体实施例
以下结合示意性实施方式说明，以使得本发明的目的、技术方案和优点更加
清晰明了，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
本实施例的一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆，各组分以下由以下质量分数制成：8wt%含磷有机载体、1.5wt%玻璃粉以及90.5wt%银粉。
所述含磷有机载体,由以下质量分数的原料构成：84.5wt%溶剂、8wt%增稠剂、3.5wt%触变剂和4wt%含磷高沸点有机物。
所述溶剂由以下溶剂由以下质量分数的原料组成：18wt%松油醇、11wt%松节油、12wt%石油醚、14wt%丁二酸二甲酯、10wt%柠檬酸三丁酯、10wt%邻苯二甲酸二甲酯、8wt%邻苯二甲酸二丁酯、5wt%丁基卡必醇、8wt%丁基卡必醇醋酸酯、3wt%醇酯十二、11wt%硬脂酸。
所述增稠剂由以下物质由以下质量分数的原料组成：50wt%乙基纤维素、15wt%聚异丁烯、10wt%丁酸纤维素、5wt%丙烯酸酯、5wt%氨基树脂、10wt%醇酸树脂、5wt%聚丙二醇。
所述触变剂由以下物质由以下质量分数的原料组成：30wt%蓖麻油、20wt%氢化蓖麻油、33wt%聚酰胺蜡、10wt%改性聚酰胺蜡、5wt%气相二氧化硅、2wt%硅酸钙。
所述高沸点含磷有机物由以下质量分数的原料构成：50wt%氨基三亚甲基膦酸、30wt% 1,1'-联萘-2,2'-双二苯膦、20wt% 4,5-双(二环己基膦)-二苯并吡喃衍生物。
有机载体的具体制备方式如下：按配方称取有机溶剂各原料置于磁子搅拌器搅拌均匀，并于80℃保持100min。随后按配方称取增稠剂经缓慢加入并充分溶解，在恒温油浴锅内保持200min。最后降温至45℃℃，添加触变剂和高沸点含磷有机物，搅拌混合均匀并保持30min，最后冷却至室温，得到有机载体。
所述玻璃粉，由以下质量分数的原料制成：
28wt% PbO、13wt% Bi2O3、8wt% TeO2、8wt% SiO2、5wt% TiO2、2wt% WO3、12wt%Al2O3、5wt% CeO2、2wt% V2O5、3wt% CaO、8wt% MgO、2wt% Na2O、3wt% K2O、1wt% Li2O。
玻璃粉的具体制备方式如下：按配方称取玻璃粉各原料并置于玻璃熔化炉，调节炉温800℃-1200℃熔融100min-200min，将熔融玻璃进行水淬，再用行星球磨机球磨24h-48h，最后进行烘干和筛选，得到粒径3μm-5μm的玻璃粉。
所述银粉由以下质量分数构成，80wt%微米级球状银粉、15wt%纳米球状银粉和5wt%纳米银线构成。其中，微米球状银粉平均粒径为2.5μm，D50≤3μm；纳米球状银粉平均粒径为350nm，D50≤30 0nm；纳米银线直径为800nm，长度为2.8μm。
太阳能正面银浆的具体制备方式如下：按配方称取有机载体粉、玻璃和银粉并混合均匀，再用行星搅拌机搅拌150min，待混合均匀后，在三辊研磨机研磨3-5次，经刮板细度计测试细度低于10μm即为合格银浆。
实施例2
本实施例的一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆，各组分以下由以下质量分数制成：8wt%含磷有机载体、1.5wt%玻璃粉以及90.5wt%银粉。
本实例中有机载体中所含的有机溶剂、触变剂具体组成与所占质量比与实施例1相同。本实施例高沸点有机磷源与实施例1所选物质及比例不同，具体物质及质量分数如下：25wt%乙二胺四亚甲基膦酸、30wt%二乙烯三胺五甲叉膦酸、45wt%二己烯三胺五甲叉膦酸。
玻璃粉和银粉中各组分和比例与实施例1相同。
本实施例中银浆制备步骤与实施例1相同。
实施例3
本实施例作为实施例1对比例，制备方式按照CN201910043603.2实施例1制备，作为不同磷源银浆对比例。
实施例4
本实施例的一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆，各组分以下由以下质量分数制成：7wt%含磷有机载体、2wt%玻璃粉以及91wt%银粉。
本实施例中含磷有机载与银粉具体配方与实施例1相同。
本实施例所述玻璃粉，由以下质量分数的原料制成：
30wt% PbO、5wt% Bi2O3、15wt% TeO2、10wt% SiO2、13wt% TiO2、1wt% WO3、16wt%Al2O3、2wt% CeO2、8wt% V2O5。
玻璃粉的具体制备方式如下：按配方称取玻璃粉各原料并置于玻璃熔化炉，调节炉温1200℃熔融100min，将熔融玻璃进行水淬，再用行星球磨机球磨24h，最后进行烘干和筛选，得到粒径3μm-5μm的玻璃粉。
本实施例中银浆制备步骤与实施例1相同。
实施例5
本实施例的一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆，各组分以下由以下质量分数制成：7.5wt%含磷有机载体、2.5wt%玻璃粉以及90wt%银粉。
本实施例含磷有机载体、玻璃粉与实施例1相同。
本实施例中银粉的具体组成为所述银粉由以下质量分数构成，70wt%微米级球状银粉、30wt%纳米球状银粉。其中，微米球状银粉平均粒径为2μm，D50≤1.8μm；纳米球状银粉平均粒径为350nm，D50≤300nm；纳米银线直径为800nm，长度为2.8μm。
本实施例中银浆制备步骤与实施例1相同。
将上述施例制备的正面银浆通过丝网印刷制成电池片10000片，网板规格为430目、细栅开口13μm、线宽29μm的常规网板，经烧结炉烘干、烧结，烧结峰值温度为750℃，并通过I-V测试仪进行检测，检测结果如表1所示。
（Eta/％转化效率、Uoc/mV开路电压、Isc/A短路电流、Rs/mΩ串联电阻、FF/％填充因子）
对比实施例1和实施例2实验结果可知，不同有机磷源制备的太阳能电池用正面银浆印刷后的光电转化效率不同。对比实施例1和实施例3可知，在750℃烧结峰值温度，实施例1所用的高沸点有机含磷有机物制备的银浆光电转化效率高于后掺磷玻璃粉制备的银浆。对比实施例1与实施例4和实施例5可知，玻璃粉和银粉的组成和配比对太阳能电池的光电转化效率有不同影响，实施例1中方阻最小，填充因子最大，光电转化效率最高。
结合以上实施例可知，本发明通过有机载体添加高沸点有机含磷物质，提高银浆中磷分散的均一性，减少银浆制备步骤，降低烧结温度峰值。
以上所述的具体实施例，仅作为对本发明的技术方案和有益效果的详细解释，但并不用于限制本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆，其特征在于：其组成为5wt%-16.5wt%含磷有机载体、0.5wt%-3wt%玻璃粉以及83wt%-92wt%银粉；所述含磷有机载体组成为70wt%-92wt%溶剂、3wt%-10wt%增稠剂、1wt%-5wt%触变剂和2wt%-8wt%含磷高沸点有机物；所述玻璃粉组成为5wt%-30wt% PbO、10wt%-20wt% Bi2O3、8wt%-15wt% TeO2、5wt%-10wt% SiO2、1wt%-10wt% TiO2、1wt%-5wt% WO3、5wt%-12wt% Al2O3、2wt%-5wt% CeO2、1wt%-3wt% V2O5、1wt%-5wt% CaO、2wt%-10wt% MgO、1wt%-3wt% Na2O、1wt%-3wt% K2O、1wt%-5wt% Li2O；所述银粉组成为50wt%-80wt%微米级球状银粉、15wt%-35wt%纳米球状银粉和2wt%-10wt%纳米银线。
2.根据权利要求1所述的一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆，其特征在于：所述溶剂组成为，10wt%-20wt%松油醇、5wt%-15wt%松节油、8wt%-15wt%石油醚、10wt%-25wt%丁二酸二甲酯、10wt%-25wt%柠檬酸三丁酯、5wt%-15wt%邻苯二甲酸二甲酯、5wt%-10wt%邻苯二甲酸二丁酯、5wt%-25wt%丁基卡必醇、5wt%-30wt%丁基卡必醇醋酸酯、1wt%-5wt%醇酯十二、8wt%-15wt%硬脂酸；所述增稠剂组成为，30wt%-60wt%乙基纤维素、10wt%-20wt%聚异丁烯、10wt%-15wt%丁酸纤维素、3wt%-5wt%丙烯酸酯、5wt%-15wt%氨基树脂、10wt%-20wt%醇酸树脂、5wt%-20wt%聚丙二醇；所述触变剂组成为：10wt%-30wt%蓖麻油、10wt%-20wt%氢化蓖麻油、30wt%-60wt%聚酰胺蜡、5wt%-10wt%改性聚酰胺蜡、2wt%-5wt%气相二氧化硅、1wt%-3wt%硅酸钙；所述含磷高沸点有机物为氨基三亚甲基膦酸、1,1'-联萘-2,2'-双二苯膦、4,5-双(二环己基膦)-二苯并吡喃衍生物、二己烯三胺五甲叉膦酸、(R)-3,3'-双(3,5-双三氟甲氧基苯基)-1,1'-联-(2-萘酚)磷酸酯、(1S,2S)-(-)-1,2-二氨基环己烷-N,N'-双(2'-二苯基磷苯甲酰)、乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、有机磷化镁、有机磷化锂、二己烯三胺五甲叉膦酸、1,1,1-三(二苯基膦甲基)乙烷中的一种或者多种混合。
3.根据权利要求1所述的一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆，其特征在于：所述玻璃粉粒径分布为D100≤7μm，D50≤5μm。
4.根据权利要求1所述的一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆，其特征在于：微米级球状银粉平均粒径为1μm-3.5μm，D50≤3μm；纳米球状银粉平均粒径为200nm-400nm，D50≤350nm；纳米银线直径为20-100nm，长度为1-3μm。
5.如权利要求1所述的一种含磷有机载体PERC太阳能正面银浆制备方法，其特征在于：按如下步骤进行
步骤一、含磷有机载体制备，取溶剂置于磁子搅拌器搅拌均匀，并于70℃-90℃保持50min-100min，随后取增稠剂缓慢加入并充分溶解，在恒温油浴锅内保持120min-300min，最后降温至45℃-65℃，添加触变剂和含磷高沸点有机物，搅拌混合均匀并保持15min-30min，最后冷却至室温，得到有机载体；
步骤二、玻璃粉制备，按配方称取玻璃粉各原料并置于玻璃熔化炉，调节炉温800℃-1200℃熔融100min-200min，将熔融玻璃进行水淬，再用行星球磨机球磨24h-48h，最后进行烘干和筛选，得到粒径3μm-5μm的玻璃粉；
步骤三、银粉制备，按配方选取不同种类银粉混合均匀；
步骤四、混合，将含磷有机载体、玻璃粉、银粉用行星搅拌机搅拌100-200min，待混合均匀后，在三辊研磨机研磨3-5次，经刮板细度计测试细度低于10μm即为合格含磷有机载体PERC太阳能正面银浆。
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